為什么選擇粘合劑噴射3D打印技術(shù)？聽聽專家給出的建議

導(dǎo)讀：粘合劑噴射是目前市場上廣泛使用的一種增材制造工藝,，它的工作原理與其他 3D 打印方法類似,，不同的是它是基于微滴粘合劑和粉末原料制造,，所兼容的材料包括金屬,、沙子,、陶瓷和復(fù)合材料等,。

粘結(jié)劑噴射技術(shù)是逐層制造所需部件,，根據(jù)所使用的粘合劑和粉末,，可能需要進(jìn)行后處理步驟,，如燒結(jié),。這種3D打印工藝在材料和設(shè)計(jì)方面具有很高的靈活性,，以及生產(chǎn)大型部件的能力,，這使得它成為許多制造商所看好的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),。但是,，當(dāng)一個(gè)公司想要整合粘合劑噴射時(shí)，應(yīng)該考慮什么,？該技術(shù)的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)是什么,？本期文章中的專家給出了它們的一些看法,，并對問題進(jìn)行了闡述。

第一位專家是ExOne公司的產(chǎn)品經(jīng)理AndreasMüller,。他的主要工作是開發(fā)和改進(jìn)砂型3D打印機(jī)器的能力,。ExOne是粘合劑噴射式3D打印機(jī)的領(lǐng)先制造商之一,，特別是使用沙子的系統(tǒng),。第二位專家是Lino3D的總經(jīng)理Lefteris Havouzis,。這家希臘公司目前為公司和制造商的增材制造項(xiàng)目提供支持，這要?dú)w功于其在幾種工藝中的專業(yè)知識,，包括金屬粘合劑噴射,。最后一位專家是Vincent Poirier,，他是Novadditive的創(chuàng)始人和總裁,，Novadditive是第一個(gè)多流程3D打印的陶瓷定制生產(chǎn)中心。

△從左至右：Andreas Müller，Lefteris Havouzis,，Vincent Poirier

粘合劑噴射是如何工作的,？

像其他所有的增材制造工藝一樣，粘合劑噴射是通過材料層的疊加來生產(chǎn)零件的。在這種情況下,，粉末床的理想顆粒是球形的，直徑為1微米,。為了使粉末顆粒相互粘連,，使用打印頭將粘合劑噴到板上的所需位置,。這一過程逐層重復(fù),，直到獲得最終的物體,。ExOne公司的Andreas Müller補(bǔ)充說："類似于在紙片上的印刷,，這個(gè)過程是逐層重復(fù)的，使用數(shù)字設(shè)計(jì)文件的地圖,，直到物體完成,。打印后,，整個(gè)裝滿零件的作業(yè)箱可以在大約半天的時(shí)間內(nèi)完成打印，零件可以從打印區(qū)取出,。根據(jù)使用的材料和粘合劑,，可能需要額外的固化和后處理步驟",。

正如你所看到的,，這個(gè)過程需要兩種材料才能正常工作：3D打印材料和粘合劑。而關(guān)于粘合劑噴射的特別有趣的是市場上材料的多樣性,。

△粘合劑噴射過程（圖片來源：ExOne）

粘結(jié)劑噴射的材料靈活性

粘合劑噴射技術(shù)與金屬,、陶瓷、沙子和復(fù)合粉末等多種材料兼容,。因此,，它是一項(xiàng)能解決多種類型應(yīng)用的技術(shù),。例如,，砂型粘結(jié)劑噴射在鑄造核心或模具的設(shè)計(jì)中很受歡迎,，避免了對模具的需求,，提供了更大的設(shè)計(jì)自由度,。Andreas Müller解釋說："ExOne沙子3D打印使用鑄造級沙子和粘合劑來制作金屬鑄造的模具和芯子,。沙子也被打印成其他復(fù)雜的設(shè)計(jì),，再與樹脂浸潤在一起,，形成耐用的最終使用部件,。打印介質(zhì)和粘結(jié)劑的組合是為每個(gè)應(yīng)用定制的,。我們的3D打印機(jī)可以處理各種砂鑄材料,，包括硅砂和陶瓷砂。不同的粘合劑,，如呋喃,、酚醛和無機(jī)粘合劑可用于鑄造從鋁和鎂到鐵和鋼的各種合金"。

如果現(xiàn)在把目光轉(zhuǎn)向金屬,，同樣存在材料的多樣性,。Lefteris Havouzis說："一般來說,，所有的合金都可以有效地?zé)�結(jié)（主要是鐵基合金,，如不銹鋼、工具鋼,、鎳基超級合金,、鉻鈷合金,，以及難以焊接的合金，如耐火合金）,。最重要的一點(diǎn)是,，粘結(jié)劑噴射可以用于難以焊接的合金,，而這是激光增材工藝難以實(shí)現(xiàn)的�,！�

△粘合劑噴射法用于金屬粉末（圖片來源：ExOne）

在工藝方面,，打印后的燒結(jié)步驟是必不可少的一步,。在離開3D打印機(jī)后，通常被稱為生坯部件的部件充滿孔隙,，會變得非常脆弱,，必須進(jìn)行熱處理以獲得其最終的機(jī)械性能,。與其他使用粉末的金屬工藝不同，金屬粘合劑噴射不需要打印支撐,，因?yàn)橹車�的粉末支撐著零件�?/div>

最后,，在陶瓷方面，粘合劑噴射也是制造商使用的技術(shù)之一,。Vincent Poirier解釋說："理論上,，所有的陶瓷材料都可與粘結(jié)劑噴射兼容，只要開發(fā)了合適的粘結(jié)劑，并且可以制備出球形顆�,；蚩梢皂樌�鋪展的粉��,。在實(shí)踐中，為該工藝開發(fā)的陶瓷材料往往會比增材制造技術(shù)更具有優(yōu)勢",。因此,，在選擇陶瓷粉末粘結(jié)時(shí)，應(yīng)用是關(guān)鍵,。你必須有一個(gè)非常具體的項(xiàng)目,，否則,，選擇這種工藝是不靠譜的。氧化鋁,、氧化鋯,、碳化硼或浸潤碳化硅都是可以用于粘合劑噴射的陶瓷,，并且它們在太空領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,。

△砂型粘合劑噴射法被廣泛用于制造模具和芯子（圖片來源：寶馬集團(tuán)）

粘合劑噴射的優(yōu)點(diǎn)和局限性

如前所述,，粉末粘結(jié)的主要優(yōu)勢之一是它的材料兼容性,。不過，一切都是相對的：例如,，盡管激光增材技術(shù)的應(yīng)用很廣泛,，但可用于這一技術(shù)的金屬材料范圍卻很有限,。但是，粘結(jié)劑噴射能夠根據(jù)所需的應(yīng)用在粉末/粘合劑上進(jìn)行組合,，這一方向是非常有趣的,。

這也是一項(xiàng)允許生產(chǎn)大型部件的技術(shù),，當(dāng)然,，這取決于機(jī)器的能力,。事實(shí)上，粘合劑噴射是在室溫下進(jìn)行的,，這消除了熱變形（翹曲）的風(fēng)險(xiǎn),。因此，用戶將能夠想象更大和更復(fù)雜的零件,。Lino3D的Lefteris Havouzis補(bǔ)充說："與其他的金屬3D打印技術(shù)相比,，粘結(jié)劑噴射技術(shù)設(shè)計(jì)的自由度要更大，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的生產(chǎn)組合,，減少制作時(shí)間,。在同一次打印中，我們可以打印幾十個(gè)不同的批次,，而不需要任何改變。"

除了零件的數(shù)量之外,，還可以提到工藝的相對速度和簡單性,。Andreas Müller評論說："粘結(jié)劑噴射技術(shù)在增材制造方法中特別以其高容積率輸出而聞名,。在增材制造技術(shù)中,，它也是與傳統(tǒng)印刷最相似的，方法簡單,，速度快,。粘合劑的功能就像墨水一樣，它在粉末層上移動,，就像在紙上打印一樣,，形成最終產(chǎn)品。相比之下,，許多其他形式的3D打印是用一個(gè)點(diǎn)--通常是激光或噴嘴--將材料擠壓,、熔化或焊接在一起來制造零件,。這種工藝需要更多的材料和時(shí)間，以單點(diǎn)逐層拉出每個(gè)零件,。" 相比之下,，粘結(jié)劑噴射機(jī)可以一次沉積許多粘結(jié)劑液滴，減少制造時(shí)間,，提高生產(chǎn)率,。然而，請注意,，后處理步驟會延長這個(gè)過程,。

△使用陶瓷需要進(jìn)行后處理（圖片來源：WZR）

后處理是粘合劑噴射的最終限制之一，特別是在使用金屬和陶瓷粉末時(shí),。你必須經(jīng)過排膠和燒結(jié)步驟,，這將增加時(shí)間，但也會影響最終的零件,。來自Lino3D的Lefteris說："在審視這項(xiàng)技術(shù)時(shí),，必須提到粘合劑噴射的關(guān)鍵階段是在燒結(jié)階段，在這個(gè)階段必須考慮到幾種現(xiàn)象,。那么與一個(gè)能夠管理整個(gè)價(jià)值流的合作伙伴合作就非常關(guān)鍵,。"

粘結(jié)劑噴射的初始坯件是一個(gè)多孔的部件，機(jī)械性能很弱,。Vincent Poirier總結(jié)道："粉末的沉降能力越強(qiáng),，預(yù)制件和陶瓷部件的多孔性就越低。因此,，選擇正確的粉末并選擇球形粉末是至關(guān)重要的,。“

總結(jié)

最重要的關(guān)鍵詞是整合：粘結(jié)劑噴射,，像其他制造技術(shù)一樣,，不是一個(gè)獨(dú)立的解決方案，但要實(shí)現(xiàn)其潛力,，必須將其整合到公司的生態(tài)系統(tǒng)中,，從設(shè)計(jì)到后期處理。- Lefteris Havouzis

砂型3D打印是一種靈活的生產(chǎn)技術(shù),。它適合作為生產(chǎn)砂鑄工具的快速制造方法，也可用于生產(chǎn)獨(dú)特的終端產(chǎn)品,。要考慮的重要問題是技術(shù)和材料的正確組合,，以滿足這些需求。在ExOne,，我們提供全方位的砂型3D打印支持,，在德國為我們的歐洲客戶設(shè)立了一個(gè)服務(wù)中心,，在那里我們帶領(lǐng)客戶了解不同的選擇，并評估最佳解決方案,，以解決他們的生產(chǎn)挑戰(zhàn),。– Andreas Müller

對于陶瓷來說，你需要有一個(gè)非常具體的應(yīng)用,，明確地需要這種技術(shù),。與其他陶瓷增材制造技術(shù)一樣，我們無法涵蓋所有情況,。此外,，重要的是要明白，技術(shù)訣竅不僅是在打印方面,。噴射打印陶瓷材料的訣竅在于掌握諸如燒結(jié)周期和燒結(jié)收縮等關(guān)鍵工序,，它們對最終成品的影響也很重要。- Vincent Poirier